SUBESTACIONES ELÉCTRICAS.pptx

SUBESTACIONES SUBESTACIONES ELÉCTRICAS Definiciones, tipos configuraciones y Patio de Llaves

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DEL CON SUR DE LIMA Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Expositores: Canchi Santiago, Jimmy Delgado Casablanca, Luis Torres Escobar, Juan Ing. Fabrizio Millan  – Líneas de Transmisión

Definición: Conjunto de equipos utilizados para para dirigir el el flujo de energía en un sistema de potencia y garantizar la seguridad del sistema por medio de dispositivos automáticos de control y protección y para redistribuir redistribuir el flujo de energía a través de rutas alternas.

FUNCIONES Funciones indispensables en una Subestación: • Protección

: Las subestaciones tienen los equipos necesarios para detectar las fallas y aislarlas de las fuentes de energía. Esto es indispensable para la seguridad de las personas y la integridad de los equipos. • Medida

: Se miden las tensiones, corrientes, flujos de potencia activa y reactiva, energía, etc. Esta medición de variables es útil desde el punto p unto de vista operativo y comercial.

Maniobra Para realizar reconfiguraciones de la red o para retirar de servicio circuitos y equipos para mantenimiento, garantizando la seguridad de las personas y manteniendo la continuidad del servicio. •

• Supervisión y control

: Cuenta con los elementos necesarios para que desde una estación remota se pueda conocer el estado de los diferentes equipos y de las variables eléctricas. También, es posible realizar maniobras en forma remota

Elementos de una Subestación Interruptor: •

Maniobra:  –  –

•

Control de flujo Aisla para mantenimiento o trabajos

Protección:  –

Aisla elementos con falla (capaz de operar con Icc)

Transformadores de instrumentación:  interfaz

• •

Seccionadores:

Aislan para mantenimiento Operan sin carga Pararrayos: Protección contra sobretensiones 

Sistema de medida, protección y control

entre la alta tensión y los equipos de medida, control y Sistemas auxiliares protección. Transformadores de corriente Transformadores de tensión

A: Lado del nivel de tensión primario 6. Circuit breaker B: Lado del nivel de tensión secundario 7. Transformador de corriente (TC) 1. Línea de transmisión de llegada 8. Pararrayos (primaria) 9. Transformador de potencia 2. Cable de guarda 10. Edificio de control 3. Pórtico(Barra) de llegada 11. Valla de seguridad 4. Transformador de tensión (TT) 12. Línea de transmisión de salida 5. Seccionador (Disconnect switch) (secundario)

PATIO DE LLAVES O DE CONEXIONES Conjunto de equipos y barrajes de una subestación que tienen el mismo nivel de tensión y que están eléctricamente asociados. Generalmente ubicados en la misma área de la subestación.

Patio de Transformadores Área de la subestación en donde se ubican los transformadores de potencia. Generalmente entre patios de conexión de diferente niveles de tensión.

LOTE DE UNA SUBESTACION El lote de la subestación es el conformado por las áreas de los patios de conexión y transformación, vías de circulación y mantenimiento, edificaciones, etc. El lote se debe “urbanizar” en forma óptima para obtener el

mejor aprovechamiento de las áreas constitutivas sin que existan interferencias entre los patios, accesos de líneas, vías de circulación, así como durante el montaje, la operación y mantenimiento de la subestación, ampliaciones, etc.

OTRAS DEFINICIONES •

Campo (bahía o módulo) de conexión  –

•

Barrajes colectores  –

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Es el conjunto de equipos necesarios para conectar un circuito (generación, transformación, interconexión o distribución, equipo de compensación, etc) al sistema de barrajes colectores de un patio de conexiones.

Elemento físico de un patio de conexiones que representa el nodo del sistema, es decir, el punto de conexión en donde se unen eléctricamente todos los circuitos que hacen parte de un determinado patio de conexiones.

Disposición física  –

Es el ordenamiento físico de los diferentes equipos constitutivos de un patio de conexiones para una configuración determinada.

TIPOS DE SUBESTACION •

Subestación de generación  –

•

Subestación de transformación  –

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Asociadas a centrales generadoras. Dirigen directamente el flujo de potencia al sistema. Con transformadores elevadores o reductores (pueden ser terminales o no).

 Subestación de maniobra  –

Conectan varios circuitos (o líneas) para orientar o distribuir el flujo de potencia a diferentes áreas del sistema.

SUBESTACIONES

G E N E R A C I Ó N

Subestación de Interruptores de generaciónautomáticos

Usuarios residenciales Subestación de de maniobra

Subestación de de transformación Subestación industrial

Usuarios comerciales

Configuración de una subestación Se denomina configuración al arreglo de los equipos electromecánicos constitutivos de un patio de conexiones, o pertenecientes a un mismo nivel de tensión de una subestación, efectuado de tal forma que su operación permita dar a la subestación diferentes grados de confiabilidad, seguridad y flexibilidad de manejo, transformación y distribución de energía. Cada punto (o nodo) en el sistema tiene diferentes requerimientos de confiabilidad, seguridad y flexibilidad y cada configuración brinda diferentes grados de estas características.

COMPONENTES DEL SISTEMA

Barraje

SISTEMAS DE BARRAS Elemento conductor que recoge todas las intensidades que llegan a la subestación

Configuracion del Diseño de Barras Pueden ser rígidas o flexibles.

 Sistema de Barras Arreglo de Barras. - Simple Barra Seccionada.

Está constituido por dos (2) barras principales, con posibilidad de acoplamiento entre símediante símediante un disyuntor y sus seccionadores asociados. Utilización:

En el diseño normalizado de las subestaciones tipo: Nodal III con acoplador de barra. Ventajas:

Mayor continuidad del servicio Fácil mantenimiento mantenimiento de los tramos conectados co nectados a la barra Requiere Requiere poco espacio físico para su construcción. Para Para fallas en barra, queda fuera de servicio el tramo de la sección de barra afectada Desventajas:

Falla en barra puede originar racionamiento en media barra. El mantenimiento mantenimiento de un disyuntor deja fuera de servicio el tramo al cual está asociado.

Simple barra con By pass Similar al de barra simple, y difieren en que los tramos tienen adicionalmente un seccionador en derivacion (by pass) Ventajas: •

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Similar al esquema de barra simple, pero permite realizar labores de mantenimiento en los tramos sin interrumpir el servicio, a traves del seccionador de derivacion (by pass). Requiere poco espacio fisico para su contruccion.

Desventajas: •

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Falla en barra interrumpe totalmente el suministro de energia. Las ampliaciones de barra exigen la salida de la subestacion en su totalidad.

SIMPLE BARRA SECCIONADA: •

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Esta constituido por dos barras principales, con posibilidad de acoplamiento entre si, mediante un disyuntor y sus seccionadores asociados. Ventajas: Mayor continuidad del servicio Fácil mantenimiento de los tramos conectados a la barra Requiere poco espacio físico para su construcción Para fallas en barra, queda fuera de servicio en el tramo de la sección de barra afectada. Desventajas El mantenimiento del disyuntor deja fuera de servicio el tramo al cual esta asociado.

Barra Doble: Principal y de transferencia Esquema mas caro mas dispositivos y con mayores necesidades de espacio. - Funcionamiento normal  circuitos conectados a la barra principal - Esquema mas flexible y seguro - Interruptor de linea abierto, manteniemiento o falla, reestablecimiento del suministro mediante la conexión a la barra de transferencia y cierre del interruptor de acoplamiento. - Inconvenientes: - Fallo en barra, perdida ttal del suministro - Mantenimiento del interruptor de acoplamiento, una barra fuera de servicio.

Barra Doble Está constituido por dos (2) barras principales, las cuales se acoplan entre sí mediante undisyuntor y sus seccionadores asociados. • •

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Ventajas:

Las labores de mantenimiento pueden ser realizadas sin interrupción del servicio. Facilita el mantenimiento de seccionadores de barra, afectando únicamente el tramo asociado. Desventajas:

La realización del mantenimiento en un disyuntor de un tramo, requiere la salida del tramocorrespondiente. Requiere de gran espacio físico para su construcción.

Barra en anillos Esquema aplicado cuando las necesidades de confiabilidad son importantes y se necesita mayorflexibilidad. •

Ventajas:

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Mayor flexibilidad. Fácil mantenimiento de los tramos conectados a la barra. Cada circuito tiene dos puntos de alimentación.

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Desventajas:

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Mayor costo. Falla en línea se pierde la línea. Falla en barra se pierde una línea. Requiere mayor área de construcción.

INTERRUPTORES DE POTENCIA OBJETIVO

 Abrir o cerrar un circuito energizado, tanto en condiciones Normales como de Falla, interrumpiendo o estableciendo una circulación de corriente

AISLAR FALLAS

OPERAR BAJO EL CONTROL DE LA PROTECCION

Dispositivo Electromecanico destinado a la conexión y desconexión de un circuito eléctrico en condiciones de operación normal de carga, en vació y en condiciones de falla (sobrecorrientes y cortocircuitos) tan rápido como sea posible, de tal forma que se limite al mínimo los posibles daños a los equipos. Partes Constructivas. Activa: Constituida por la cámara de extinción de arcos, los

contactos fijos y los contactos móviles con sus respectivos mecanismos de operación. - Parte Pasiva: Constituida por la estructura que soporta la parte activa. Accesorios: formado por los bushings, válvulas, conectores de tierra, placa de medición y otros accesorios..

•

Clasificación.

Sistema de Tensiones: monopolar y tripolar. Mecanismo de Accionamiento: Hidráulicos, neumáticos, energía almacenada en resortes ymixto. Medio en el que se encuentran los contactos: Inmersos en aceite, hexafloruro de azufre, aire yvacío. Método de Extinción del Arco: Gran volumen de aceite, pequeño volumen de aceite, airecomprimido, hexafloruro de azufre, vacío y soplado magnético. Tipo de Operación: Interruptor y reconectador

Interruptores en Aceite. Los dispositivos de interrupción son inmersos en aceite aislante. La extinción del arco se da a través de la generación de gases, principalmente hidrógeno por ladescomposición de las moléculas del aceite por las altas temperaturas dadas en la región quese presenta el arco eléctrico. Existen dos tipos de cámaras de extinción de arco:

-Existen dos categorías de interruptores en aceite: los de gran volumen de aceite y los interruptores de pequeño volumen de aceite.

Interruptores de Aire Comprimido. Utilizan el aire comprimido como medio de extinción del arco. Existen dos tipos de cámaras de extinción del arco:

INTERRUPTORES SF6: SF6 (Exafloruro de Azufre) es un gas inodoro, incoloro y no combustible, en condicionesnormales es químicamente estable e inerte y que las razones principales de su uso en altatensión son: -Constituye un excelente medio aislante. -Posee características favorables para la interrupción de la corriente eléctrica.Los interruptores en SF6 pueden ser considerados de dos formas: •

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales de operación, es prácticamente proporcional a la corriente primaria, aunque ligeramente desfasada. Desarrollan dos tipos de función: transformar la corriente y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión. Para Alta tension en un Patio de Llaves llevan aislamientos a base de papel y aceite dentro de un recipiente metálico, con aisladores pasatapas de porcelana. Actualmente se utilizan resinas dentro de un aislador de porcelana, o gas SF6 y cubierta de porcelana.

Los transformadores de corriente pueden ser de medición, de protección, mixtos o combinados. Transformador de medición. Los transformadores cuya función es medir, requieren reproducir fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente. Su precisión debe garantizarse desde una pequeña fracción de corriente nominal del orden del 10%, hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal. Transformadores de protección. Los transformadores cuya función es proteger un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir treinta veces la corriente nominal. En el caso de los relés de sobrecorriente, sólo importa la relación de transformación, pero en otro tipo de relés, como pueden ser los de impedancia, se requiere además de la relación de transformación, mantener el error del ángulo de fase dentro de valores predeterminados. Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se diseñan para una combinación de los dos casos anteriores, un circuito con el núcleo de alta precisión para los circuitos de medición y uno o dos circuitos más, con sus núcleos adecuados, para los circuitos de protección. Transformadores combinados. Son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de tensión. Se utilizan en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.

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Transformador de corriente de alta tensión aislado por aceite

Transformadores de Tensión Un transformador de tensión es un dispositivo destinado a la alimentación de aparatos de medición y /o protección con tensiones proporcionales a las de la red en el punto en el cual está conectado. El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el secundario se conecta en paralelo con las bobinas de tensión de los diferentes aparatos de medición y de protección que se requiere energizar. Cada transformador de tensión tendrá, por lo tanto, terminales primarios que se conectarán a un par de fases o a una fase y tierra, y terminales secundarios a los cuales se conectarán aquellos aparatos. En estos aparatos la tensión secundaria, dentro de las condiciones normales de operación, es prácticamente proporcional a la tensión primaria, aunque ligeramente desfasada. Desarrollan dos funciones: transformar la tensión y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión.

TRANSFORMADOR DE POTENCIA Un transformador de potencia es aquel que maneja grandes magnitudes de voltio amperios VA, los cuales se expresan en KVA [kilo voltio amperios] o en MVA [mega voltio amperios]. Usualmente se considera un transformador de potencia cuando su capacidad es de un valor a partir de: 500 KVA, 750 KVA, 1000 KVA, 1250 KVA o 1.25 MVA, hasta potencias del orden de 500 MVA monofásicos y de 650 MVA trifásicos, 900 MVA. Estos últimos operan en niveles de voltaje de 500 KV, 525 KV y superiores. Generalmente estos transformadores están instalados en subestaciones para la distribución de la energía eléctrica. Efectuando la tarea intermediadora entre las grandes centrales de generación y los usuarios domiciliarios o industriales; que consiste en reducir los altos niveles de voltaje [con el cual es transmitida la energía] a magnitudes de voltaje inferiores, que permiten derivar circuitos a los usuarios en medias o bajas tensiones. También se da una aplicación similar, en las grandes centrales de generación, donde los transformadores de potencia, elevan los niveles de voltaje de la energía generada a magnitudes de voltaje superiores, con el objeto de transportar la energía eléctrica en las líneas de transmisión.

DIFERENCIAS ENTRE TRANSFORMADORES 1) Potencia Son los transformadores de gran tamaño. Aplicación: Transportar grandes potencias de energía eléctrica (elevando y reduciendo el voltaje). 2) Tensión Son transformadores mas pequeños, son para medición y protección. Aplicación: Se se usan para medir voltaje. Por lo general su primario es en alta o media tensión mientras que el secundario es 110 voltios AC, valor que usan los instrumentos y relés. 3) Corriente Por lo general son del tipo toroide, son para medición y protección. Aplicación: Se se usan para medir corriente. Por lo general su primario es para alta corriente mientras que el secundario es de 0 a 5 amperios AC, valor que usan los instrumentos y relés.

PARARRAYOS •

Pararrayos.

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones. Fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin. El primer modelo se conoce como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor. •

RAYO El rayo es un fenómeno meteorológico que genera severos efectos térmicos, eléctricos y mecánicos, en función de su energía durante la descarga.

Seccionadores Son equipos mecánicos conocidos también con el nombre de separadores o desconectadores. Son dispositivos que sirven para conectar o desconectar diversas partes de una instalación eléctrica para efectuar maniobras de operación o de mantenimiento. Funciones.

Aislar tramos de circuitos en forma visible. Aislar equipos como interruptores, capacitores, barras, transformadores, reactores, generadores, líneas para la ejecución de mantenimientos. Maniobra de circuitos, transferencia de circuitos entre barras de una subestación. Para la operación de estos equipos, los circuitos o equivos que van a ser aislados, deben estar sin carga (sin corriente o en vacío); sin embargo debe ser capaz desoportar corrientes nominales y corrientes de falla (sobrecorrientes) durante untiempo especificado. Por lo tanto, este aparato da la seguridad al personal de mantenimiento para sus labores.

Especificaciones.

El diseño y fabricación de estos equipos está normado de acuerdo a las normasIEC 60129 y 60273 o las normas ANSI C29.8 y C29.9; así como responder a lanorma IEC 60694 en que corresponde a valores nominales y de ensayos (tensiónde impulso). Clasificación.

Por su función: Seccionadores de maniobra. Seccionadores de puesta a tierra. Por su forma (Física y de Operación): De cuchillas giratorias. De cuchillas deslizantes. De columnas giratorias. De pantógrafo. De simipantógrafo o de tipo rodilla. Cual sea su forma de apertura deben de permitir la observación clara y precisade la distancia de aislamientoen aire.

SELECCIÓN: Son muchos los factores que se toma en cuentapara su selección: Nivel de tensión, esquema demaniobra de la subestación, limitaciones de área,distancias de seguridad, función a desempeñar oestándar utilizado por la empresa. Los seccionadores de apertura lateral traenespeciamientos entre ejes de fases mayores quelos demás, para mantener el espaciamiento fase-fase especificado, este aspecto se presenta críticopara tensiones grandes. Seccionadores de doble apertura es crítico paratensiones mayores a 345 kV, las láminas son muylargas y tienen a sufrir deformaciones, en especialpara esquemas en los que operan en condiciónnormalmente abierta. Existen seccionadores que permiten apertura encaso de tener corrientes capacitivias, inductivas oinducidas.

Seccionadores con Cuchillas Giratorias.

Empleados en media tensión, tanto en interior como exterior. El seccionador mostrado de cuchillas giratorias tripolar para instalación en interior y tensión de servicio hasta 13,2 kVcon accionamiento por motor y cuchillas de puesta a tierra adosada para accionamiento manual con palanca de maniobra, intensidad nominal 630 A. Seccionadores con Cuchillas Deslizantes.

De estructura similar a las de cuchillas giratorias. Requiren menor espacio para maniobras, dado que las cuchillas de desplazan longitudinalmente y tienen una capacidad de interrupción inferior a un 70% respecto delas cuchillas giratorias. Modelo disponible para tensiones de 13,2 kV y 33 kV y desde 400 a 630 A.